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基于嵌入式Linux的自动焊机监控系统的设计与实现

作　者: 刘桂方
导　师: 付虹
学　校: 长春工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 嵌入式 Linux 自动焊机 S3C2440
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 55次
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内容摘要


随着工业技术的发展,自动焊接技术也日益成熟。发达国家的微机控制电子弧焊机已经进入实用化阶段,并朝着多功能、多参数控制、波形控制以及智能化控制的方向发展。而国内的自动焊接设备,特别是自动焊接控制系统正处于刚刚起步阶段,不能满足国家生产建设的需要。针对我国的这种现状,国内某焊接设备技术有限责任公司着手研发了自动焊接控制系统的新平台。这对加速传统技术的改造,制造可靠、实用和经济的自动焊接控制系统具有重要的现实意义。本课题即来源于此项目。自动焊接控制系统新平台主要由上位机、中位机(监控系统)以及下位机(DSP检测控制系统)组成。上位机主要负责远程监控,中位机主要负责整体的焊接流程、通信以及人机界面,下位机负责具体参数的采集与控制。其中,监控系统是本文研究的主要内容。它包括人机界面(键盘,LCD显示)、调试接口(JTAG, RS232接口)、与下位机通信(CAN总线)以及与上位机通信(以太网接口)。本文首先概述了国内自动焊接领域的现状以及焊机的发展方向,通过对自动焊机平台系统的分析,确立了该系统的基本架构,并划分了各部分的主要功能。其次,文中设计并研究了以S3C2440为核心的嵌入式硬件电路系统(IIC总线电路、RS232接口电路、以太网控制器电路和基于SPI的CAN总线电路)。本系统采用了先进的JTAG调试方式,并以RS232接口为辅助调试通道,从而加强了调试维护的便利性。同时,将工业现场总线CAN(控制局域网络)总线应用于焊机的方案中,并结合处理器的SPI接口,设计了基于SPI接口的CAN总线电路,在实测中体现出了良好的抗干扰性。由于需要满足实时性与可扩展性的要求,实时操作系统选择了Linux操作系统,并对Linux进行了裁剪和移植。结合硬件电路和Linux操作系统研究了Linux的驱动程序,同时给出了具体的开发流程,符合监控系统控制的实时性与可维护性的要求。系统中的人机界面研究了640*480点阵的彩色液晶显示器与S3C2440的配合应用,并对S3C2440内置的LCD控制器进行了配置,本文以启动画面为例说明了人机界面的实用性。与上位机的通信部分研究了基于TCP/IP协议的以太网硬件电路和软件配置,使远程监控与组网十分容易。在课题进行时,对CAN总线做了抗干扰性实验；对人机界面做了启动画面操作及显示的实验；对Linux进行了裁剪与移植实验。实验结果表明：监控系统的软硬件系统工作可靠,功能模块装卸方便,信号传输抗干扰性以及实时性均满足实际应用。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 引言  7-8
  1.2 嵌入式系统概述  8-10
  1.3 课题来源及国内外发展现状  10-11
  1.4 论文研究的主要内容  11-12
  1.5 本章小结  12-13
第二章 焊机监控系统总体设计  13-17
  2.1 总体方案概要  13-15
    2.1.1 系统总体方案  13-14
    2.1.2 中控系统方案  14-15
  2.2 中控系统方案下焊接系统的特点  15-16
    2.2.1 监控系统采用嵌入式操作系统的优点  15-16
    2.2.2 自动焊机监控系统采用RTOS的优点  16
  2.3 本章小结  16-17
第三章 焊机监控系统的硬件设计及配置  17-49
  3.1 JTAG简介  17-18
  3.2 基于IIC的键盘电路  18-22
    3.2.1 IIC简介  18-19
    3.2.2 键盘硬件电路  19-21
    3.2.3 键盘软件驱动  21-22
  3.3 串口电路  22-28
    3.3.1 RS-232C标准串口的接口简介  23
    3.3.2 异步串口的硬件设计  23-24
    3.3.3 串口的配置  24-28
    3.3.4 串口使用  28
  3.4 LCD液晶显示电路  28-35
    3.4.1 S3C2440的LCD控制器简介  29
    3.4.2 TFT型LCD控制器配置  29-31
    3.4.3 软件设置  31-34
    3.4.4 实验结果与分析  34-35
  3.5 TCP/IP网络通信功能的实现  35-38
    3.5.1 以太网简介  35
    3.5.2 基于DM9000的以太网电路原理及其实现  35-37
    3.5.3 DM9000的初始化配置  37-38
    3.5.4 数据指令的读写操作  38
  3.6 CAN通信总线电路  38-48
    3.6.1 SPI及CAN接口简介  39-41
    3.6.2 基于SPI的CAN总线接口电路的实现  41-42
    3.6.3 驱动程序软件配置  42-46
    3.6.4 实验结果与分析  46-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章 基于Linux的焊机监控系统的驱动程序的开发  49-57
  4.1 驱动程序简介  49-50
  4.2 设备驱动程序的file_operations结构  50-51
  4.3 字符设备驱动  51-53
  4.4 块设备驱动  53-55
  4.5 将设备驱动加到Linux内核  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章 焊机操作系统的配置与移植  57-70
  5.1 嵌入式Linux开发环境  57
  5.2 建立交叉编译环境  57-58
  5.3 bootloader的移植  58-59
    5.3.1 bootloader简介  58-59
    5.3.2 bootloader编译及移植  59
  5.4 Linux内核的配置  59-66
    5.4.1 Makefile文件  60-61
    5.4.2 配置文件  61-62
    5.4.3 配置Linux内核  62-66
  5.5 内核的编译与移植  66-67
  5.6 应用程序开发  67-69
  5.7 本章小结  69-70
第六章 总结与展望  70-71
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
附录一:核心系统电路总图  74-75
附录二:CPU-A电路图  75-76
附录三:CPU-B电路图  76-77
附录四:CPU-C电路图  77-78
附录五:RAM电路图  78-79
附录六:NANDflash电路图  79-80
附录七:NORFflash电路图  80-81
攻读硕士研究生期间发表文章的情况  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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